Morgunblaðið - 08.03.1992, Side 13

MORGUNBLAÐIÐ SUNNUDAGUR 8. MARZ 1992
__________________________c J^3
um smæstu einingar efnisins, er
notuð til að skilja þróun alheimsins.
Til að lýsa strengjafræðinni og
stöðu hennar enn frekar má segja
að í afstæðiskenningunni höfum við
stóru drættina yfir hvernig heimur-
inn lítur út og í skammtafræðinni
höfum við yfirlit yfír hvernig heim-
urinn lítur út í smáatriðum. Afstæð-
iskenningin segir til um að alheim-
urinn hljóti að hafa verið óendan-
lega þéttur í öndverðu og þá stærð
er erfitt að vinna með. A hinn bóg-
inn getur skammtafræðin ekki lýst
jyngdarvíxlverkuninni. Þarna þarf
eitthvað nýtt og þess er leitáð í
strengj afræðinni.
Þó vettvangur strengjafræðinnar
liggi utan þess sem hægt er að fá
fram í tilraunum sem stendur, er
hugsanlegt að einhveijar komi fram
með næstu kynslóð hraðla, sem
teknir verða í notkun eftir nokkur
ár. En auðvitað er altaf til í dæm-
inu að einhver komi fram með nið-
urstöður á morgun, sem sýni að
strengjafræðin geti ekki verið rétt.“
Það hvarflar kannski að einhveij-
um hvort þetta séu hagnýt fræði?
„Nei, þetta eru ekki hagnýt fræði
í þeim skilningi að þau skili ein-
hveiju áþreifanlegu af sér. En öll
svokölluð hagnýt vísindi eiga rætur
að rekja til undirstöðu, sem var lögð
í leit að fróðleik fróðleiksins vegna.
Þetta er fróðleiksleit. “
Stanford Linear Accelerator Center eða SLAC þar sem Lárus starfar einatt en þarna er að finna lengsta línuhraðal í heimi, rúml. 3 km að
lengd. Hann stendur á landi Stanford-háskólans, skammt fyrir sunnan San Francisco, nokkra kílómetra frá aðalskólasvæðinu. San Andre-
as-sprungan liggur rétt handan við enda hraðalsins fjær á myndinni. Þarna starfa 1.200 manns, þar af 200 eðlisfræðingar.
Hún lýsir þyngdinni og leysti af
hólmi kenningu Newtons um
þyngdaraflið, sem segir að einn
massi dregur að sér annan og kraft-
urinn ræðst af massanum. Sólin
dregur að sér jörðina, sem togar í
eplið og svo framvegis. Heimsmynd
afstæðiskenningarinnar er frá-
brugðin þeirri heimsmynd, sem leið-
ir af þyngdarfræði Newtons og
gefur nýja mynd af þyngdarvíxl-
verkuninni. Áður hafði rúmið alltaf
verið vettvangur eðlisfræðinnar,
bakgrunnur hennar, en Einstein
sýndi fram á að það væri ekki til
neitt algilt tímahugtak og felldi
saman tíma og rúm í eitt, tímarúm-
ið, og það varð hluti þess kerfís sem
verið var að skoða. í raun verka
engir þyngdarkraftar í tímarúmi
Einsteins heldur sveigir efnismassi,
eins og t.d. sólin, tímarúmið í ná-
grenni sínu, en jörðin fer eftir ferli,
sem svarar til beinnar línu í þessu
sveigða rúmi. í okkar þrívíða rúmi
kemur þessi ferill síðan fram sem
ganga jarðar um sólina á braut
sinni.
Það eru uppi hugmyndir um að
við mjög hátt hitastig, og þá um
leið háa orku, sé hægt að líta á
þyngdarkraftinn sem hliðstæðan
hinum þremur kröftunum og þar
með höfum við þessa eftirsóknar-
verðu einföldun, sem fellir alla nátt-
úrukraftana undir einn hatt. En þá
verðum við líka að gera ráð fyrir
hitastigi, sem er langt handan við
það sem hugsanlegt er að ná í til-
raunum. í svokölluðum hröðlum er
öreindum komið á mikinn hraða og
þegar þær rekast á er athugað hvað
gerist. Brautirnar eru lagðar neðan-
jarðar til að geislun frá þeim valdi
ekki skaða og það þarf sífellt lengri
og lengri brautir, til að koma ögn-
unum á sem mesta ferð. Bæði f
Bandaríkjunum og Evrópu er verið
að smíða hraðla sem eru tæpir sjö-
tíu kílómetrar á lengd. Þetta eru
kostnaðarsöm fyrirtæki, svo jafnvel
tilraunaeðlisfræðingum er farið að
ofbjóða. Fjárveitingum eru takmörk
sett og það sníður tilraunum af
þessu tagi stakk.“
Hugsið ykkur tilurð heimsins
sem tilraun, sem enn er verið
að rýna í
í stórum dráttum má segja að
alheimurinn átti sér eitthvert upp-
haf. Því nær sem dregur upphafínu,
því hærri orkuskala þarf að hugsa
sér, rétt eins og þörf er á í vanga-
veltum um einn grundvallarkraft í
náttúrunni. Þess vegna má hugsa
sér alheiminn sem eina risastóra
tilraunastofu, þar sem ein tilraun
hefur verið framkvæmd, nefnilega
tilurð alheimsins. Með því að rýna
í alheiminn, fæst ef til vill svar við
ýmsu af því, sem við náum ekki í
tilraunum, svar við því hvað gerðist
í þessari einu tilraun og um þau
öfl, sem þá voru að verki. Það get-
ur svo aftur sagt okkur eitthvað
Þess vegnci mó hugsa
sér alheiminn sem eina
risastórci tilraunastofu,
þar sem ein tilraun
hefur verið íram-
kvæmd, nefnilega tilurð
alheimsins
um innstu gerð efnisins. Til að kom-
ast að raun um hvaða kraftar eru
að verki í efniskjarnanum er reynt
að rýna í tilurð heimsins, þegar allt
efni alheimsins var samandregið í
því sem næst einn punkt.
Hugmyndin, sem flestir eðlis-
fræðingar hallast að, er á þá leið
að allur alheimurinn hafi verið í
einum kekki, sem var nær óendan-
lega þéttur. Þróun alheimsins hófst
þegar þessi kökkur byijaði að þenj-
ast út, eða öllu heldur sprakk og
agnirnar þeyttust af stað. Fyrstu
hundrað þúsund árin eða svo var
heimurinn ein allsheijar öreinda-
súpa, því hitastigið var of hátt til
að öreindirnar gætu gert annað en
að rekast saman og þeytast sundur
aftur. Ef litið er nógu langt aftur
í tímann, hefur hugsanlega ríkt
ástand, þar sem þyngdarkrafturinn
var jafn hinum þremur kröftunum.“
Hvernig fara menn að því að
finna ummerki um aðstæðurnar í
kringum tilurð alheimsins?
„Sterkustu rökin fyrir að tilurð
heimsins hafí borið að eins og áður
er lýst eru einkum þijú. í fyrsta
lagi að alheimurinn er að þenjast
út, það er að segja að áhrifa þessar-
ar frumsprengingar gætir enn, þó
heimurinn hafí kólnað mikið síðan
í upphafí. í öðru lagi er svokallaður
örbylgjukliður. Ef vel er að gáð
má alltaf greina ákveðið örbylgju-
suð í stórum útvarpsloftnetum. Vís-
indamennirnir, sem fyrstir uppgötv-
uðu þetta suð, reyndu í fyrstu að
losna við það en áttuðu sig síðan á
því að það átti upptök úti í geimn-
um. Þessar örbylgjur sem dynja á
Það hafði spursf að
Lórus ynns með leiðandi
fólki í sínu fagi. Það
mó kannski segja að
ef hann væri söngvari,
syngi hann með Pava-
* rotfi og ómóta
söngvurum
jörðinni úr öllum áttum eru leifar
geislunar, sem leystist úr læðingi á
ákveðnu þróunarskeiði alheimsins.
Það sem mælist er því nokkurs
konar fortíðarómur, sem enn er að
berast til okkar. I þriðja lagi segir
hlutfall vetnis og helíums úti í
geimnum sína sögu, sem Steven
Weinberg gerir góð skil í bók sinni
sem áður er getið. Bókartitillinn
vísar einmitt til þriggja fyrstu mín-
útnanna eftir tilurð heimsins."
Hvar kemur strengjafræðin inn
í þessar vangaveltur?
„Eins og ég sagði áður, þá álíta
margir eðlisfræðingar líklegt að við
nógu hátt hitastig sé hægt að sjá
að grundvallarkraftarnir fjórir virki
eins og einn kraftur, þannig að
skammtafræðin og þyngdarkraft-
urinn sameinist. Um þetta er lítið
vitað, en mestar vonir eru bundnar
við strengjafræðina, sem gerir ráð
fyrir að frumeindirnar séu ekki
agnir, heldur strengir, sem hver
hefur svonefnda Planck-lengd, sem
er 10 í veldinu mínus 35 metrar,
svo þarna er um afar smágerð fyrir-
bæri að ræða. Það hefur grundvall-
arþýðingu að hugsa sér agnimar
sem strengi vegna stærðfræðilegra
útreikninga, sem ekki ganga upp
ef gert er ráð fyrir að þær séu
punktlaga. Þarna er hægt að fram-
kvæma skammtafræðilega útreikn-
inga, þar sem þyngdarverkunin er
innifalin. Þannig sameinar
strengjafræðin allar fjórar víxlverk-
anir, eða kraftana.
Þetta er það sem strengjafræð-
inga dreymir um, því spurningar
um upphaf alheimsins krefjast þess
að hægt sé að samræma lýsingu
þyngdarsviðs og öreindafræði. Þar
með væri skref Einsteins stigið til
fulls, þar sem einnig rúmið sjálft
sýnir skammtafræðilega hegðun.
Þetta er allt nokkuð á vangavelt-
ustiginu, því þegar þarna er komið
eru engar tilraunir að styðjast við.
En greinin setur sér strangar stærð-
fræðilegar skorður og er betur skil-
greind stærðfræðilega en til dæmis
skammtasviðsfræðilegar skilgrein-
ingar á þyngdarfræðinni. Eins og
hundruð annarra eðlisfræðinga leit-
ast ég við að skilja strengjafræðina
og möguleika hennar. Vegna þess
hve hún er veraldarfirrt og langt í
tilraunir, þá þykir sumum sem við
séum á hálum ís. Venjulega styðj-
ast menn við tilraunir, því það er
nú einu sinni svo að ímyndunarafl-
inu eru minni skorður settar en
náttúrunni. Strengjafræðin skoðar
heiminn miklu lengra aftur í tímann
heldur en hægt er að sjá með til-
raunum."
Metnaðarfull áætlun: Kenning
sem nær yfir allt
„Enn sem komið er, er skilning-
urinn kominn stutt á leið og það
er mikið starf óunnið. Það er vissu-
lega metnaðarfull áætlun að ætla
sér að setja fram kenningu um allt
— eða ekkert eins og gagnrýnendur
okkar segja. Vonin er að strengja-
fræðin beri í sér skammtafræðilega
lýsingu á víxlverkunum fjórum, rétt
eins og almenna afstæðiskenningin
tekur til alls, sem þyngdaraflsfræði
Newtons nær yfir. Það er langt í
það, en heimsfræðin er spennandi
svið, þar sem öreindafræðin, fræðin
Galíleó lék sér með kúlur —
nú eru abstrakt
stærðfræðilíkön notuð í
staðinn
Hvernig vinnurðu í þínu fagi?
„Það sem ég hef talað um eru
stóru línumar. Frá degi til dags
glími ég ekki við að leysa lífsgát-
una, heldur vinn við smærri og af-
markaðri verkefni innan strengja-
fræðinnar, þar sem er reynt að
kanna einföld líkön. Það er ekki
endilega hægt að herma þau upp á
náttúruna, en þau eru stærðfræði-
lega viðráðanleg. Þetta eru óhlut-
bundnar uppbyggingar, sem ekki
er ætlað að skýra náttúruna sjálfa,
heldur eiga að veita innsýn inn í
hvernig strengjafræðin verkar, rétt
eins og Galfleó lét kúlur renna nið-
ur skáhalla og dró af því ályktanir
um hreyfingu almennt.
Þessi einföldu líkön geta komið
spánskt fyrir sjónir, því þar er gert
ráð fyrir ýmsum fjölda rúmvídda
og stundum engu eða óþekktu efni.
Vonin er að geta síðar dregið al-
mennan lærdóm af þessu, sem væri
hægt að koma heim og saman við
náttúruna. Stærðfræðilega tungu-
málið sem notað er, er skylt tungu-
máli skammtasviðsfræðinnar, en
strengjafræðin er að jafnaði heldur
stærðfræðilegri. Við þurfum ekki
fjárveitingar upp á miljarða eins og
þeir sem vinna við tilraunir. Við
vinnum bara með blað og blý-
ant. . . og kaffi. Sjálfur nota ég
ekki tölvur, nema í ritvinnslu. Þær
eru ekki mikið notaðar í strengja-
fræði, það er varla tímabært, því
enn er verið að vinna að því að
átta sig á stærðfræðilegri skilgrein-
ingu fræðigreinarinnar.
Vinnan byggist mikið á samræð-
um, á því að skiptast á hugmyndum
og hún þrífst við opin samskipti.
Þetta er óhlutbundin grein, þar sem
allir tala tungumál stærðfræðinnar.
Rannsóknarsamfélagið er alþjóð-
legt, fámennt og víðfeðmt. Ymist
vinna menn einir eða í litlum hóp-
um, oft prófessor með nemendum
sínum eða fyrrverandi nemendum.
Það eru vissulega forréttindi að fá
að vinna með góðu fólki.
Ef framhaldsnámið kom mér í
skilning um hve ég kunni lítið, þá
hefur starfið síðan því lauk sann-
fært mig um að það er ekkert sem
heitir að verða fullnuma. Rannsókn-
irnar felast í því að læra nýja
hluti... og maður er aldrei búinn
í vinnunni. Vandamálin sem verið
er að glíma við fylgja manni alltaf
og það getur verið þreytandi fyrir
þá nánustu. En vinnutíminn er
þægilegur, engin stimpilklukka og
venjulega enginn, sem segir manni
fyrir verkum. Svo eru það forrétt-
indi að fá að vinna við eitthvað, sem
maður hefur svo gaman af og fá
auk þess borgað fyrir það.